Разработка структурной схемы местоопределения

Курсовая работа по дисциплине: Основы радиопеленгации и радиоперехвата тема: Разработка структурной схемы местоопределения Минск, 2009

1. Задание на курсовую работу

1.1 Исходные данные

1. Метод определения местоположения — угломерно-разностно-дальномерный.

2. Координаты приемных позиций по оси X :

X_a, км=-25

X_в, км=25

3. Координаты приемных позиций по оси Y :

Y_a, км=0

4. Пеленг из точки, А на источник излучения: И_a^o=45 .

5. Пеленг из точки B на источник излучения: И_в^o=—-.

6. Коэффициент шума приемника: K_ш =4.4.

7. Условная вероятность ложной тревоги: F =10^-6.

8. Импульсная мощность сигнала источника излучения: P₀, мВт =2.

9. Длительность импульса источника излучения: T₀, мкс =3.

10. Вид обработки: корреляционный РЧ.

11. Измеритель: Квазиоптимальный дискриминатор ФМС с суммарно-разностной обработкой.

12. Круговая среднеквадратическая ошибка: Rск_доп, км =1.

13. Коэффициент неидентичностей приемных каналов по амплитуде: a=0.9.

14. Неидентичность приемных каналов по фазе: ?ц⁰ ,=4.

15. Ширина ДНА источника излучения:?И_рпу⁰ =10.

16. Средний уровень боковых лепестков ДНА по мощности источника излучения: ?_рпу, дБ=23 .

17. Длинна волны л, м=0.3.

18. Ширина ДНА приёмной антенны? И_РПрУ⁰, град=30.

19. Время разности хода_АВ, мс=0.03

2. Выполнение курсовой работы

2.1 Разработка структурной схемы местоопределения

2.1.1 Принцип определения координат при заданном методе местоопределения

* Построение на местности приемных позиций.

Местоопределение источника излучения при угломерно-разностно-дальномерном способе определения находится как точка пересечения двух линий пересечения: прямой линии и гиперболы.

Система местоопределения, реализующая данный способ состоит из нескольких (в нашем случае двух) территориально разнесенных на местности радиопеленгационных пунктов, имеющих в своём составе радиопеленгатор в точке, А и измеряющего направление И и двух приёмных станций соответственно в точках, А и В и измеряющих разность расстояний от источника до приёмных пунктов, узлы и средства связи, средства сбора пеленгов, средства вычисления и отображения координат пеленгуемых источников радиоизлучения.

Данная радиопеленгаторная сеть состоит из двух радиопеленгаторов, координаты которых в прямоугольной системе координат XOY: РП1 (в точке А) — (-25;0), РП2 (в точке В) — (25;0).Первый радиопеленгатор (РП1) пеленгует источник излучения под углом Иa⁰=45⁰, радиопеленгатор (РП1) совместно с (РП2)определяют разность расстояний — с временем разности хода_АВ, =0.03 мс. Положение источника излучения (точка М) определяется как точка пересечения линии положения и гиперболы проведенной на карте (Рис.1) под углом Иa⁰ из точки расположения РП1 и совместной работы РП1 с РП2 по определению разности расстояния соответственно.

* Расчёт координат источника радиоизлучения.

Итак, координаты источника радиоизлучения (точка М) могут быть найдены по формулам:

X_м==19.3км

Y_м=ctgИa⁰(X_м+ d/2)=ctg45*(19.3+25)=44.3км

где 2a=r_p=(r_a-r_b)=C•_АВ•2=3*10⁸3*10^-5*2=18км

r_p— разность расстояний

Таким образом: М (19.3;44.3)

2.1.2 Структурная схема системы местоопределения

* Структурная схема системы местоопределения.

В пункте 2.1.1. мы уже изобразили приёмную позицию, структурная схема системы местоопределения для рис. 1 имеет следующий вид:

Назначение основных элементов системы.

Распишем назначение основных элементов приведенной выше структурной схемы системы местоопределения:

1.Радиопеленгаторы (измерители) 1 и 2 — на основе измерения параметров электромагнитной волны определяют радиопеленгационные параметры, значения которых поступают в счетно-решающее устройство.

2. Вычислительное (счётно-решающее) устройство — определяет координаты источника радиоизлучения в той или иной системе координат (в нашем случае в прямоугольной системе координат X0Y), в результате обработки данных, поступающих с радиопеленгаторов.

2.1.3 Расчёт ошибок определения координат источника радиоизлучения

* Расчёт параметров эллипса рассеивания в точке источника радиоизлучения.

Расчёт отношения сигнал/шум для первого и второго радиопеленгаторов:

(1)

(2)

где — энергия принятого на пеленгаторе сигнала ();

— спектральная плотность шума.

(3)

гдемощность принятого на пеленгаторе сигнала ();

— длительность импульса источника излучения (по условию =3 мкс).

(4)

где кпостоянная Больцмана

(к=1.38);

— коэффициент шума приемника (по условию =4.4);

— шумовая температура (=300К)

; (5)

гдеимпульсная мощность сигнала источника излучения (по условию);

— коэффициент усиления передающей антенны;

— коэффициент усиления приемной антенны;

— длина волны (по условию=0.3м);

rрасстояние от пеленгаторов до источника излучения.

местоположение координата радиоизлучение обнаружитель

; (6)

где — ширина ДНА источника излучения ;

— средний уровень боковых лепестков передающей антенны (по условию 23);

Переведем из дБ в разы, использовав следующею формулу:

= (7)

Итак, расчет отношения сигнал/шум для 1-го и 2-го радиопеленгаторов начнем с определения коэффициентов усиления передающей антенны, подставив в выражение (6) данные из условия.

=2.004раз; (8)

Вычислим расстояния от РП-ов до источника излучения ():

= 62.6км; (9)

где угол 45-угол наклона 1-ой линии положения к оси ОХ.

=44.6км (10)

Теперь определим мощность принятых на РП-ах сигналов (и) по формуле (5):

= =5.835*10^-14Вт;

= =1.149*10^-13Вт

На основе полученных данных рассчитаем энергию принятых на РП-ах сигналов, используя выражение (3):

= 5.835•10^-14*3*10^-6=17.5•10^-20 Втc

=1.149•10^-13*3*10^-6=34.5•10^-20 Втc

Спектральная плотность шума имеет следующее численное значение:

= 1.38*10^-23*4.4*300=1.8•10^-20 Втc

Таким образом, для вычисления отношения сигнал/шум получены все численные значения. Тогда, подставляя их в выражение (2), получим:

= =3.1 ;

= =4.35 ;

Отношение сигнал/шум было найдено нами для того, чтобы в последствии определить среднеквадратическое отклонения (СКО)

Но сначала определим характеристику радиопеленгаторов 1-го и 2-говероятность правильного обнаружения РП-ов 1 и 2-D и D :

= ;

= ;

А теперь вычислим — СКО измерения пеленга и СК значение погрешности измерения разности времён запаздывания:

= ;

C• ==3•10⁸3•10^-5*1.8•10^-20/34.5*10^-20=0.47км;

= = 1.56c;

Ш=arcsin ((d•sinИ)/)=arcsin ((50sin45)/44.6)=52.4⁰

На основе полученных численных значений и найдем и ЇСКО измерения линий положения 1 и 2:

=r_a=62.6км =169*10^-2км

=/(2•sin (ш/2))= (0.47)/(2•sin (52.4/2))=53.2*10^-2 км Теперь непосредственно перейдем к расчету параметров эллипса.

Определим угол отклонения от биссектрисы из угла, который является углом пересечения линий положения v :

V=arctg (11)

можно определить при помощи приведенного выше рисунка.

= Ш/2=52.4⁰/2=26.2⁰

Зная, можем найти v, подставив значение в выражение (11)

V= arctg=10.9⁰

Чтобы построить эллипс рассеивания нужно найти малую и большую полуоси, для этого воспользуемся формулами:

a=

b=;

Тогда:

a=4км b=0.51км Зная малую (b) и большую (a) полуоси построим эллипс рассеивания:

2.2 Разработка структурной схемы обнаружителя сигнала

2.2.1 Структурная схема обнаружителя при заданном способе обработки

· Алгоритм работы обнаружителя.

Согласно условию, вид обработки—корреляционная обработка на радиочастоте. Таким образом, алгоритм работы фильтрового обнаружителя:

гдефункция обратная функции .

Ээнергия сигнала Noэнергия шума. Схема обнаружителя при заданном способе обработки для сигнала со случайной начальной фазой и амплитудой.

Для сигнала со случайной начальной фазой необходимо вычислить модуль корреляционного интеграла и сравнить с порогом .

Этот обнаружитель с двумя корреляционными каналами-их наличие обуславливается неизвестной начальной фазой сигнала. Если опорный сигнал оказывается сдвинутым по фазе в одном из каналов на 90 градусов, то в этом канале приращение напряжения на выходе интегратора не будет. Соответственно будет в другом канале устройства и максимальное. В результате на выходе результат обработки квадратурных каналов не будет зависеть от начальной фазы сигнала.

Временные диаграммы поясняющие принцип работы обнаружителя

2.2.2 Расчет характеристик обнаружителя сигнала

· Расчет отношения сигнал/шум на выходе обнаружителя.

Обнаружителями являются радиопеленгаторы. Таким образом расчёт отношения сигнал/шум произведён ранее в пункте 2.1.3

= =3.1 ;

= =4.35 ;

Расчёт вероятности правильного обнаружения для сигнала со случайной начальной фазе и амплитуде. Расчёт вероятности правильного обнаружения для 1-го и 2-го РП-ов как и отношение сигнал/шум был выполнен ранее в пункте 2.1.3.

= ;

= ;

Оба пеленгатора обладают невысокими характеристиками обнаружения сигнала источника радиоизлучения. По результатам расчётов для 1-го РП из 27-мь из 100-та, а для 2-го РП 50 из 100-та произведённых попыток обнаружения будет успешной.

2.3 Разработка структурной схемы измерителя координат

2.3.1 Структурная схема измерителя при заданном способе обработки

Согласно исходным данным, измерителем является квазиоптимальный дискриминатор ФМС с суммарно-разностной обработкой.

*Алгоритм работы измерителя

Dфмс (t,?)= ImZ^*₊(t, И_изм)

где

Z₊(t, И_изм)=А (?)(е^iФ1(?)+е^iФ2(?))•Z (t) ;

Z _-(t, И_изм)=А (?)(е^iФ1(?)-е^iФ2(?))•Z (t) ;

*Схема измерителя координат.

*Принцип измерения координат. После обработки в каналах дискриминатора суммарный и разностный сигналы перемножаются в фазовом детекторе выделяющем (с учётом сдвига опорного сигнала в одном из каналов на п/2 радиан) мнимую часть произведения разностного и комплексно-сопряжённого суммарного сигнала в соответствии с алгоритмом формирования сигнала ошибки.

*Расчет ошибок измерения координат, обусловленных не идентичностью каналов приёма.

— коэффициент не идентичности приёмных каналов по амплитуде (б=0.9)

Расчёт произведём для 1- го РП-ра по формуле:

;

2.4 Построение рабочей зоны системы местоопределения

· Определение рабочей зоны системы местоопределения.

Район, в пределах которого линейная ошибка с определенной вероятностью не превышает допустимую величину (R_ск ?R_доп) называется рабочей зоной.

· Методика построения рабочей зоны системы местоопределения.

Для построения рабочей зоны угломерно-разностно-дальномерной системы местоопределения рассмотрим следующий алгоритм — порядок построения зон пеленгования:

1. По известным значениям среднеквадратической ошибки измерения разности времён запаздывания по формуле R_скmin=с* определяется среднеквадратическая круговая ошибка.

2. По значению ошибки R_{ск min} и заданному или допустимому значению R_ск доп вычисляется нормированная среднеквадратическая ошибка

3. На графике с=f (g, ц) (по рис. 5.14 и рис. 5.21 приведенных в литературе [2]) по оси координат откладывается значение с из этой точки, проводится линия параллельно оси абсцисс (g), позволяющая получить множество точек пересечения с ветвями графика.

4. Последовательно из каждой точки пересечения на ось абсцисс опускается перпендикуляр и находится отношение g=r_Я/d, соответствующее определенному значению ц_i.

5. По найденному отношению g=r_Я/d и заданной величине d определяются значения r_Я для углов ц_Я, которые откладываются на лучах, проведенных из центра базы под углами ц_i .

6. Соединяем плавной кривой точки на лучах и получаем линию равной точности в пределах площади ограниченной этой кривой сохраняется условие. R_ск ?Rск_доп

· Результаты расчета рабочей зоны.

Определяем среднеквадратическую круговую ошибку:

R_{ск min}=С* =0.47км/2=0.235км

Вычисляем нормированную среднеквадратическую ошибку:

=

Расчет ошибок измерения координат, обусловленных шумами.

Расчет, как и в предыдущем пункте, будем производить для 1-го РП-ра.

Используем формулу:

Тогда:

;

· Расчет суммарной ошибки измерения.

Для расчета используем следующую формулу:

Д_?=Д_б+ Д_ц

Тогда Д_?=Д_б1+ Д_ц1= ;

Ошибки возникают из-за не идентичности приемных каналов по амплитуде и фазе.

Вид рабочей системы местоопределения

Данная система местоопределения не может измерять координаты близко находящихся источников радиоизлучения, так как иметься внутренний контур рабочей зоны.

1. Основы радиоперехвата и анализа радиоизлучений. Часть 1. Обнаружение и спектральный анализ радиоизлучений: Учебное пособие/ А. К. Федоров, В. В Латушкин — Минск. Военная академия, 1997;166с.

2. Основы радиопеленгации. Часть 1. Системы местоопределения источников радиоизлучения. Учебное пособие/ В. В Латушкин, А. К Федоров. Минск: Военная академия, 1997.-91 с.

3. Основы радиопеленгации. Часть 2. Радиопеленгаторы. Учебное пособие / В. В. Латушкин — Минск: Военная академия, 1999;199с.

4. Конспект лекций